Abstract This work aims to investigate the ultimate capacity of reinforced concrete elements in terms of cracking and stiffness loss. Nonlinear finite element analysis (NLFEA) was performed in the ATENA software and compared with a proposed numerical simulation of nonlinear static analysis (NLSA), where material cracking is evaluated based on the loss of tangent stiffness of the elements. The analysis was applied to a low-rise reinforced concrete frame with constant axial loads in the columns, and monotonic lateral load applied at the top beam level. Both methodologies showed good agreement regarding the capacity curve and crack patterns, and the numerical simulation NLSA allowed the identification of the sequence of elements' stiffness loss. The results indicated a substantial similarity between the numerical simulation NLFEA and NLSA and the experimental test, indicating a high potential in predicting the nonlinear behavior of reinforced concrete.

Resumo Este trabalho tem como objetivo investigar a capacidade última de elementos em concreto armado em termos de fissuração e perda de rigidez. Uma análise não linear via método dos elementos finitos (MEF) foi realizada no programa ATENA e comparada com uma simulação numérica de análise estática não linear (AENL), onde a fissuração do material é avaliada com base na perda de rigidez tangente dos elementos. As análises foram aplicadas a um pórtico em concreto armado com cargas axiais constantes nos pilares, e carga lateral monotônica aplicada na viga superior. Ambas as metodologias mostraram boa concordância em relação à curva de capacidade e panorama de fissuração, e a simulação numérica AENL permitiu identificar a sequência de perda de rigidez dos elementos. Os resultados indicaram grande semelhança entre a simulação numérica FEM e AENL e ensaio experimental, indicando um alto potencial para prever o comportamento não linear do concreto armado.

RESUMO: O Concreto de ultra alto desempenho reforçado por fibras (CUADRF ou Ultra-high performance fiber reinforced concrete - UHPFRC) é um novo material desenvolvido para apresentar propriedades superiores, tais como altas resistências à compressão (superior a 130 MPa), grande durabilidade, além de comportamento dúctil satisfatório em situações de flexão. Atualmente, nota-se a crescente tendência de aplicação deste material na indústria de pré-moldados, sendo necessário o entendimento sobre o procedimento básico que rege o dimensionamento destas peças. O presente artigo reporta sobre o procedimento de cálculo para dimensionamento de uma viga pré-moldada protendida constituído de UHPFRC, sob condições de Estado Limite Último flexional. A viga estudada é do tipo “I” AASHTO Tipo II, com 26 cabos protendidos. Esta viga é simulada numericamente via software de elementos finitos e comparada com um resultado experimental reportado na literatura, verificando-se os mecanismos de falha para o elemento estrutural, e assim validando o modelo numérico proposto. Em seguida, são simuladas vigas I com altura e armaduras ativas variáveis. Após as simulações, equações clássicas de dimensionamento são utilizadas para previsão de momento resistente (MRd), apresentando grande precisão com erro relativo menor que 4,5%.

ABSTRACT: Ultra-high-performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is a new material developed to present superior properties, as high compressive strength (higher than 130 MPa), high durability, and satisfactory ductile behavior. This paper reports the procedure to design precast UHPFRC beams, subject to flexural loads. First, an I-girder AASHTO Type II was designed, and simulated. Next, I-beams with diverse depths and steel ratios were designed, and simulated considering a four-point bending load test. It was found that the classical design equations used to predict the strength bending moment (Mrd) showed good accuracy with the simulated models with a 4.5% error.

resumo: Devido à baixa rigidez à flexão lateral, vigas pré-moldadas protendidas de concreto longas e esbeltas estão sujeitas aos riscos de instabilidade lateral. Nestes termos, é fundamental analisar a segurança dessas vigas durante as fases transitórias de transporte, içamento e montagem. Este trabalho apresenta um modelo analítico não linear para análise paramétrica de vigas já posicionadas em seu local definitivo sobre almofadas de apoio, quando as ligações ainda não foram efetivadas. A força crítica de instabilidade lateral foi calculada considerando a geometria da seção transversal, as características físicas dos materiais, bem como imperfeições geométricas. Uma simulação paramétrica foi feita para a influência da excentricidade lateral inicial da viga, a rotação inicial do apoio, a resistência à compressão do concreto, as dimensões do aparelho de apoio e a seção transversal da viga. Os resultados mostram que os parâmetros de maior influência na estabilidade da viga foi a rigidez a rotação do apoio e as características geométricas da seção transversal da viga, podendo resultar em redução da ordem de 50% da força crítica de tombamento. Além disso, a força de início da fissuração, em alguns casos, pode estar bem próxima a força crítica de tombamento.

abstract: Due to low stiffness to lateral bending, long prestressed precast concrete beams are subject to lateral instability. For this reason, the safety analysis of these beams during the transitory stages of transport, lifting and assembly is fundamental. This work presents a nonlinear analytical model for the parametrical analysis of beams on bearing pads in their definitive location, without the effective connections being made. Such a solution determines a critical load of instability and considers the geometry of the cross-section, physical characteristics of the materials as well as geometric imperfections. A parametrical simulation is performed for the initial eccentricity, the initial rotation of the beam, concrete resistance, bearing pads dimensions, and the cross-section of the beam. The results show that the parameters of most considerable influence on beam stability are rotation stiffness of the bearing and the geometric characteristics of the cross-section of the beam, which can result in a reduction of about 50% of the critical rollover load. In addition, the cracking load may, in some cases, be close to the critical toppling load.